导言
跟着机器人技能和杂乱检测体系的呈现，人们对触觉传感器提出了更高的要求。跟着触觉阵列规划的扩展，期望A/D转化速度加速，而原先在小规划阵列触觉传感器体系中选用的共用A/D转化器的办法，已不能满意大规划阵列触觉传感器信号收集实时性的要求。因此，要想完结高速、高分辨率并且对小信号灵敏的大规划阵列触觉传感器信号收集体系，要害部件便是A/D转化器。
本文使用混沌帐子映射办法和开关电容（SC）技能，规划了一种新式A/D转化器。该A/D转化器的电路具有调度扩大、差错补偿和A/D转化功用一体化的长处，并且电路简略、便于集成、功耗小；能以很高的功能价格比完结多路触觉传感器输出信号的并行采样和A/D转化。
1 、阵列触觉传感器信号收集体系的组成
模仿式阵列触觉传感器信号收集体系的原理电路见图1。该体系由m%26;#215;n阵列传感器、列读取电路、行扫描电路、n个ADC电路、时序操控电路和计算机等组成。在时序操控电路的操控下，行扫描电路对m行阵列触觉传感器发送周期性鼓励信号；而列读取电路则周期性地并行读入n列输出信号。读n个信号经n个A/D转化器，把模仿信号转化成格雷码序列直接送到计算机；计算机完结格雷码向二进制码的转化，接着在时序逻辑的操控下，读取下一行的n列信号并进行A/D转化。计算机在取得1帧m%26;#215;n触觉传感器信号后，就能够进行信号处理了。图1中除A/D转化器需求特别规划外，其他各电路都有现有的产品，没有特别要求。
2 混沌开关电容A/D转化器的规划
2.1 混沌开关电容A/D转化的原理
使用开关电容技能进行差错补偿的基本原理是电荷的再分配。电容失配差错使用开关转化储存起来，成果由电容上电荷的再分配而得到补偿。混沌帐子映射是一种离散非线性体系，其映射联系为：
这一映射能够看到由两步组成：先将区间［0，1］伸长2倍，然后再压缩成原区间［0，1］。如此重复迭代操作，终究导致相邻点的指数别离，然后进入混沌状况。这种映射对初始值（体系的输入信号）的扩大与一般的线性扩大办法不同：线性扩大倍数为一常数，并且受作业范围约束；而处于混沌状况的帐子映射体系，是在有界的区间内，迭代1次将信号扩大2倍，重复有限次迭代后，能够将弱小信号扩大到可观测的水平，而不会呈现溢出再现象。明显，这是一种非线性扩大。帐子映射体系的输入值Vin对应于体系的初始状况x0。x0能够二进制小数表明：
为了得到离散帐子映射的迭代输出与x0的联系，引进另一种非线性映射——离散贝努利移位是映射：
这一映射的效果是每迭代一次，就将二进制位t1、t2、t3、……向左顺次移出一个二进制位，即
关于贝努利移位映射，令bn=sgn（x“n-0.5），作为贝努利移位映射的第n次迭代输出，因为bn=tn，且bi（i=0，1，2，…）是一个二进制序列；关于帐子映射，令gn=sgn（xn-0.5），则gi是与bi对应的格雷码序列，即
依据上述和初始时刻x0=x”0=Vi，可得：
因此，经过将帐子映射迭代输出的格雷码序列gi（i=0，1，2，…），转化成贝努利移位映射的二进制序列bi（i=0，1，2，…），可推算出初始值（输入信号的二进制数字量），即
式（7）中{Vin}表明输入信号的二进制数字量。gi（i=0，1，2，…）便是经过帐子映射完结了对输入信号的非线性扩大和A/D转化的格雷码方式的数字量。
2.2 混沌开关电容A/D转化电路的完结
使用并关电容技能进行电路规划，有其共同的长处：电路的功能与电容无关，只取决于电容之比，两个电容比值的差错小于1/1000，因此电路运算精度高；电路便于完结大规划集成，因此电容体积小、作业牢靠、成本低，功耗小（一个开关电容A/D转化器功耗4mW）等。这些长处对模仿式阵列触觉传感器信号收集体系最有利，因此该体系需求很多的ADC。
图2 混沌开关电容A/D转化电路
根据帐子映射的开关电容A/D转化电路如图2所示。运放A1、A2及周围的电路完结帐子映射，即完结对输入信号的非线性扩大和A/D转化；C4、C5、A3及周围的电子模仿开关组成坚持电路，输出信号V0为输入信号的格雷码方式的数字量。图3为电路时序操控逻辑。
图2电路，当发动信号为高电平时，电子模仿开关指向“1”端，输入信号Vi接通。延时t1时刻后，D触发器发生一个脉冲信号，这时，若0≤Vi≤0.5，则电子模仿开关S1指向“2”端，C1、C3和A2及有关的电子模仿开关构成一个开关电容份额延时器，如图4所示。在（n-1）T时，Vi给C1充电，充电电荷为C1Vi（n-1），C3被短路，V02（n-1）=0;在nT时，C1中电荷转移到C3中，充电电荷为C3V02（n），由电荷守恒原理，其差分方程为：
C1Vi（n-1）=C3［V02（n）-V02（n-1）］=C3V02（n） （8）
式（8）经过Z改换可得该电路Z域传递函数： H（Z）=V02（Z）/Vi（Z）=（C1/C3）Z -1 （9）
若取C3=0.5C1，则有： H（Z）=V02（Z）/Vi（Z）=（C1/C3）/Z -1=（C1/0.5C1）Z -1=2Z -1 （10）
可见，图4的电路具有起扩大效果的份额延时功用，完结了对输入信号的翻倍，即完结了y=2x的运算；一起对C4充电，当下一个“o”脉冲为高电平时，C4中电荷转移到C5中，这时开关S0指向“2”端，把输出信号Vo反应到输入端，给C1充电，完结迭代运算。经过n次迭代后，使Vi信号入大，直到可观测停止。
同理，当0.5≤Vi≤1时，Vi向C2充电，电子模仿开关S2指向“2”端，这时，C2、C3和A2构成另一个开关电容份额延时器，把式（9）中的C1换成C2，便是这个份额延时器的Z域传递函数。“e”脉冲为高电平时，C2中电荷Q=C2Vi转化到C3中，若取C3=0.5C2，就完结了y=2（1-x）的运算；当下一个“o”脉冲为高电平时，C4中电荷转移到C5中，这时开关S0指向“2”端，把输出信号Vo反应到输入端，给C2充电，完结迭代运算。经过n次迭代后，使Vi信号扩大到可观测停止。
这样，经过一个周期T，完结了对Vi一个样点的收集。如此循环往复地进行A/D转化作业。D触发器输出的信号便是格雷码序列：
将gk序列和初始条件b0=Q0代入式（6）中，就得到贝努利二进制序列bk（k=0，1，2，…）。当然，只要把ADC的输出信号Vo（格雷码序列）送入计算机，转化成二进制数字量的作业，可由计算机经过软件来完结。
3 、试验成果
使用图4的信号体系对5%26;#215;7应变式微型阵列传感器输出的信号进行非线性扩大和A/D转化试验，试验成果见表1。表1中为第4行7个传感器输出信号进行A/D转化的成果。试验成果表明，根据帐子映射的开关电容A/D转化器可有效地完结对小信号的扩大和A/D转化。
4 、定论
本文使用混沌电路对小信号灵敏及它具有的非线性改换的共同功能，规划了混沌帐子映射开关电容新式A/D转化器。这种A/D转化器适用于机器人模仿阵列触觉传感器输出信号的A/D转化。它集调度扩大和A/D转化于一体，具有电路简略、易于集成及功耗小的特色。开关电容电路只要二相时钟，电路功能只取决于两个电容之比而与电容绝对值无关，因此电路运算精度高、成本低。使用该A/D转化器可完结多路触觉信号的并行采样和A/D转化，以满意大规划阵列传感器信号的实时收集要求。试验成果证明了本办法的有效性。
表1 A/D转化试验成果
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